Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Jak łączyć z sobą ogniwa Li-Pol, Li-Ion, pojemność i prąd

stabilizator 04 May 2021 10:38 2121 19
  • Ogniwa można łączyć ze sobą zarówno szeregowo, jak i równolegle. W zależności od tego, co chcemy uzyskać, każde z tych rozwiązań ma inne zalety. Ważne aby łączone ogniwa:
    - miały takie same parametry,
    - były w tym samym wieku,
    - zostały naładowane w tym samym stopniu
    - były dobrze połączone mechanicznie dla wyrównania temperatur (dotyczy zwłaszcza połączenia równoległego)

    Łączenie szeregowe ogniw zwiększa napięcie układu, ponieważ uzyskane napięcie jest sumą napięć każdego z ogniw. Pojemność zestawu, podawana w miliamperogodzinach [mAh], będzie taka sama jak pojedynczego ogniwa: pobieranie z takiego pakietu ogniw prądu o stałym natężeniu rozładuje je w tym samym czasie, co pojedyncze ogniwo. Maksymalny prąd rozładowania będzie taki sam, jak pojedynczego ogniwa. Rezystancja wewnętrzna tak uzyskanego pakietu wzrośnie, będzie w przybliżeniu sumą rezystancji poszczególnych ogniw.

    Łączenie równoległe ogniw nie zmienia napięcia układu – będzie takie, jak na pojedynczym ogniwie. Pojemność pakietu będzie większa, ponieważ taki pakiet będzie mógł oddawać prąd o stałym natężeniu przez dłuższy czas niż pojedyncze ogniwo. Maksymalny prąd rozładowania wzrośnie, gdyż wszystkie ogniwa oddają prąd w tym samym czasie. Rezystancja wewnętrzna tak uzyskanego pakietu będzie mniejsza, w przybliżeniu równa wypadkowej rezystancji równoległego połączenia rezystancji wewnętrznych poszczególnych ogniw.

    Łączyć w pakiety można zarówno ogniwa Li-Ion, jak i Li-Pol. W przypadku ogniw łączonych szeregowo, do ich prawidłowego ładowania potrzebna jest ładowarka z balanserem.
    Ładowanie ogniw połączonych równolegle teoretycznie nie wymaga ich rozłączania. Wystarczy zwiększyć prąd ładowania (tutaj należy zachować ostrożność) lub lepiej zaczekać odpowiednio dłużej ładując prądem "jednego ogniwa".

    Jak łączyć z sobą ogniwa Li-Pol, Li-Ion, pojemność i prąd

    Łączenie równolegle 2 ogniw litowych a prąd rozładowania.

    Ogniwa litowe można łączyć równolegle dla uzyskania większego prądu rozładowania. Jeżeli pojedyncze ogniwo ma dopuszczalny prąd rozładowania wynoszący np. 1A, to z pakietu dwóch takich ogniw można pobierać maksymalnie 2A. Muszą jednak zostać spełnione warunki:
    - ogniwa są bardzo podobne, a najlepiej identyczne. Warto by był to ten sam model, wtedy wiele parametrów będzie takich samych.
    - oba ogniwa powinny być wyeksploatowane w tym samym stopniu, czyli nie powinno się łączyć ogniwa starego z nowym. Im starsze jest ogniwo, tym większa będzie jego rezystancja wewnętrzna, więc odda do obciążenia mniejszy prąd niż nowe.
    - ogniwa powinny być naładowane w takim samym stopniu. W przeciwnym razie, ogniwo o wyższym napięciu zacznie w niekontrolowany sposób ładować swojego „słabszego kolegę”.
    - temperatura ogniw powinna być możliwie zbliżona. Jeżeli tak nie będzie, ich rezystancje wewnętrzne nie będą takie same i zaczną oddawać prąd w niejednakowym stopniu. Najlepiej skleić je razem taśmą lub folią, by nagrzewały się i stygły w tym samym tempie.

    Dla uzyskania wyższego prądu rozładowania, na przykład w e-papierosach czy w modelach lotniczych, lepiej łączyć ogniwa litowo-polimerowe (Li-Pol) niż litowo-jonowe Li-Ion. Mają one zdecydowanie większy dopuszczalny prąd rozładowania, rzędu kilkunastu, a nawet kilkudziesięciu amperów.

    Połączone równolegle ogniwa można ładować bez ich wcześniejszego rozłączania. Jeżeli mają te same parametry, to ładowarka powinna prawidłowo wykryć moment zakończenia procesu ładowania. Należy jedynie pamiętać, że czas ładowania może się wydłużyć dwukrotnie, jeżeli nie da się zwiększyć prądu ładowania.

    Do łączenia ogniw najczęściej stosuje się zgrzewanie i blaszki o odpowiednim przekroju. Często lepiej kupić gotowy pakiet, pamiętajmy że ogniwa litowe dysponują dużymi prądami zwarciowymi, które mogą doprowadzić do poparzenia lub pożaru. Przeładowane ogniwo (zbyt duże napięcie na zaciskach ogniwa) lub przegrzane ogniwo może eksplodować lub zapalić się. Wiele ogniw posiada wbudowane zabezpieczenie termiczne, a niektóre elektroniczne zabezpieczenie przed przeładowaniem i niszczącym nadmiernym rozładowaniem.

    Na koniec warto zastanowić się jak zmienia się pojemność wyrażona w Wh w przypadku połączenia równoległego i szeregowego.
    Załóżmy, że mamy dwa ogniwa Li-Ion 2.2Ah 3.7V,
    wyrażając pojemność ogniwa w Wh mnożymy 2.2Ah * 3.7V pojemność ogniwa to 8.14Wh.

    Gdy połączymy ogniwa równolegle otrzymujemy pakiet 4.4Ah 3.7V czyli 16.28Wh.

    Gdy połączymy ogniwa szeregowo otrzymujemy pakiet 2.2Ah 7.4V czyli 16.28Wh.

    Wyrażanie pojemności w Wh jest często użyteczne.

    Cool! Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    stabilizator
    Editor
    Offline 
  • #2
    khoam
    Level 39  
    stabilizator wrote:
    Muszą jednak zostać spełnione warunki:
    - ogniwa są bardzo podobne, a najlepiej identyczne. Warto by był to ten sam model, wtedy wiele parametrów będzie takich samych.

    Z czego te ograniczenia konkretnie wynikają? ;)
  • #3
    gold1234
    Level 9  
    "zacznie w niekontrolowany sposób ładować swojego „słabszego kolegę”."

    A czy to nie jest coś, co dyskwalifikuje łączenie równoległe ogniw ? Nie mamy gwarancji ich identyczności, szczególnie w dłuższym czasie rozładowywania się.
  • #4
    oldking
    Level 31  
    "gold1234" dlatego po pewnym czasie akumulatory złożone z wielu ogniw padają - bo jedno z tych ogniw umarło.
    To jest tak samo jak z łańcuchem wystarczy że jedno ogniwo ulegnie uszkodzeniu i cały łańcuch jest do d...
    Dotyczy to łączenia równoległego również - dlaczego warto pomyśleć.
    "stabilizator" w pierwszych kilku linijkach zawarł całą BARDZO ważną wiedze w tym temacie nic dodać nic ująć.
  • #5
    gold1234
    Level 9  
    oldking wrote:
    "stabilizator" w pierwszych kilku linijkach zawarł całą BARDZO ważną wiedze w tym temacie nic dodać nic ująć.


    Nie zamierzam niczego ujmować stabilizatorowi.
    Mam tylko pewne obawy (w przypadku równoległym) czy nie zaistnieją warunki, że popłynie między ogniwami zbyt duży prąd, który będzie w stanie wyrządzić szkody nie tylko ogniwom. Bezpieczniej chyba jest mieć odbiornik na wyższe napięcie i mniejszy prąd, a źródła łączyć źródła szeregowo, o ile jest taka możliwość.
  • #6
    krzysiek_krm
    Level 39  
    gold1234 wrote:
    Mam tylko pewne obawy (w przypadku równoległym) czy nie zaistnieją warunki, że popłynie między ogniwami zbyt duży prąd, który będzie w stanie wyrządzić szkody nie tylko ogniwom.

    Dlaczego miałby popłynąć taki prąd ?
  • #7
    stabilizator
    Editor
    Zastosowanie takich samych ogniw wynika z podejścia praktycznego zarówno przy rozładowaniu:
    -jeżeli np. w połączeniu szeregowym ogniw - jedno będzie "słabsze" to w zależności od parametru uzyskamy mniejszą pojemność pakietu (wpływ mniejszej pojemności jednego ogniwa),
    -albo np. podwyższoną rezystancję wewnętrzną całego pakietu i obniżony prąd rozładowania również może wywołać jedno ogniwo w szeregu,
    -do tego dochodzi równomierne starzenie i zużycie ogniw gdy zastosowaliśmy takie same.

    Przy ładowaniu, weźmy pod uwagę np. połączenie równoległe,
    jeżeli jedno ogniwo będzie się ładowało wyraźnie inaczej niż drugie to prąd ładowania będzie się nierównomiernie rozkładał na ogniwa i jeżeli ładujemy naprawdę dużym prądem to możemy przekroczyć dopuszczalny prąd ładowania jednego z ogniw lub doprowadzić do jego szybszego zużycia.

    Co do wskazówki o tym samym stopniu naładowania w momencie połączenia ogniw to jest dość istotne podczas tworzenia pakietu z ogniwami połączonymi równolegle, załóżmy, że mamy ogniwa bez zabezpieczeń... Łatwo sobie wyobrazić, że naładowane ogniwo spowoduje przepływ prądu o takiej wartości ile drugie ogniwo "przyjmie"... Ten prąd może być duży i może przekroczyć dopuszczalny prąd ładowania ogniwa.

    Natomiast gdy ogniwa mają te same potencjały (bardzo zbliżone) są w pełni naładowane to po połączeniu równoległym pracują już wspólnie na jedną "szynę". Po takim połączeniu potencjały na ogniwach są wyrównane podczas eksploatacji.
  • #8
    LEDówki
    Level 26  
    Nie każda bateria to pakiet. Czy na fachowym portalu nie można zadbać o precyzyjny język tylko rażeć bełkotem gminu?
    Początkujący skąd ma wiedzieć kiedy ma do czynienia z ogniwem, baterią, akumulatorem, czy pakietem skoro nawet fachowcy posługują się tymi terminami w sposób losowy, jak humaniści unikający powtórzeń w zdaniach.
  • #9
    stabilizator
    Editor
    Celowo użyłem określenia "pakiet" i "ogniwo",
    pojęcie "bateria" i "akumulator" jest często nierozróżnialne w mowie potocznej, dobrze że wywołało to dyskusję :)
  • #10
    LEDówki
    Level 26  
    Kij w mrowisko należy wkładać w dziale HP. Najlepszy przykład - bateria do laptopa. W gruncie rzeczy bateria akumulatorów w pakiecie z kontrolerem ładowania. Fachowcy z uporem maniaka wypisuję, że pakietem jest dowolna bateria akumulatorów zalepiona w koszulce termokurczliwej. brr. Baterie do ładowarek - ta sama historia - są w pakietach z kontrolerami, prostsze w pakietach z termistorami. A jak tylko zgrzane to już pakiet, zestaw (głośnomówiący?) czy inna ekwilibrystyka językowa. Później trzeba uściślać co autor miał na myśli gdy pisał bateria, pakiet, czy kabel (wg.pewnej pani zasilacz do laptopa to kabel, w gminie zasilacze do telefonów i laptopów to ładowarki).
  • #11
    stabilizator
    Editor
    To nie jest kij,
    moim zdaniem określenie "pakiet" i "ogniwo"
    będzie lepsze dla osób zaczynających z tematem niż użycie określeń "bateria" i "akumulator",
    tutaj nawet nieźle to określili:
    https://botland.com.pl/569-akumulatory-li-ion

    Chociaż czytając to co napisałeś zastanawiam się jak powinno się to określać prawidłowo...
  • #12
    radekone
    Level 13  
    Czy można tę regułe o identyczności porzucić w przypadku autka na akumulator dla dziecka? Standardowo są tam dwa silniki 12V i aku 7Ah, ale prosty tuning to wpięcie równoległe baterii od Makity (18V), co oprócz pojemności zwiększa też napięcie (widziałem na zdjęciach odczyt z woltomierza). To chyba nie jest niebezpieczne i nic nie wybuchnie?
  • #13
    LEDówki
    Level 26  
    Może trzymać się prostych zasad? Minimum dwa ogniwa pierwotne lub wtórne to bateria, tak po staremu i pasująco do baterii dział, baterii zaworów, baterii butelek. Ogniwo pierwotne lub wtórne z czymś tam dodatkowo to już pakiet. Bateria też może być w pakiecie z czymś tam i nie ma znaczenia jej obudowa czy sposób połączenia ogniw. Prosto, czytelnie. Bateria może składać się z wielu baterii akumulatorów lub ogniw jednorazowych (pierwotnych).
    O zamieszaniu w nazewnictwie i braku myślenia przy jego stosowaniu świadczy to, że akumulatory nazywane są ogniwami mimo, że nie są łączone w baterie. Widać, że piszący nie wie z czym dokładnie ma do czynienia i pisze tak, jak wszyscy byle się nikt nie doczepił.
  • #14
    398216 Usunięty
    Level 43  
    Moim skromnym zdaniem ogniwo to pojedyncza "cela". Z ogniw składamy baterię poprzez ich łączenie - nie ważne czy szeregowo, czy równolegle. A akumulator to coś co może zgromadzić energię elektryczną przekazaną z zasilacza by potem tę energię można było odzyskać w określonym czasie i z określoną sprawnością. W odróżnieniu od baterii (i tu mamy problem, bo bateria ogniw może być nazywana również baterią), z której możemy tylko energię "wybrać" - nie można jej ładować.
    LEDówki wrote:
    Ogniwo pierwotne lub wtórne z czymś tam dodatkowo to już pakiet.

    Może faktycznie mówiąc o kilku ogniwach akumulatorów lepiej nazwać je pakietem, zachowując słowo "bateria" do połączonych ogniw nie ładowalnych? Tylko co z pojedynczym nie ładowalnym ogniwem typu AA np? Bateria? Czy ogniwo, a jak ogniwo to...?
    Niestety, postęp techniczny jest szybszy od słowotwórczego. Dlatego też w spornych wypadkach lepiej opisać w kilku słowach z czym mamy do czynienia.
  • #15
    LEDówki
    Level 26  
    Jaka cela? Cela była w kwasiakach. Pudło w którym były cele z akumulatorami i one połączone szeregowo to bateria z celami. Bateria w laptopie to jakie ma cele skoro tam kilka akumulatorów jest połączonych w sposób mieszany? A może to pakiet? A może bateria, a może zestaw albo inne określenie bezmyślnie zerżnięte z opakowania, a które wymyślił spec od reklamy ignorując cały dorobek słowotwórczy, zasady itd, itp. Coś tam wymyślił, jest fajne, niech se ludzie tak mówią. Cela kojarzy się raczej z więzieniem lub lochem i niech tak zostanie.
  • #16
    Urgon
    Level 37  
    AVE...

    Odnośnie łączenia ogniw równolegle, to nie ma tak naprawdę przymusu łączenia identycznych ogniw. Przymus jest tylko przy łączeniu szeregowym. Gdy łączymy ogniwa różnego typu równolegle, bezpiecznym marginesem jest założyć maksymalny prąd obciążenia równy prądowi najsłabszego ogniwa razy liczba ogniw w pakiecie. Jeśli policzymy i obciążymy "na styk", to faktycznie ogniwo o niższej rezystancji wewnętrznej rozładuje się bardziej, przez co szybciej "padnie" i zamorduje cały pakiet. Jeśli jednak nie będziemy pobierać prądu maksymalnego dla pakietu, ogniwa o niższej rezystancji wewnętrznej nie dopuszczą, by napięcie na najgorszym ogniwie spadło względem nich.

    Jeśli pakiet będzie narażony na pobór dużych prądów, warto połączyć szeregowo z każdym ogniwem rezystor o wartości 0,1-1Ω (albo i większy). Dokładnie tak, jak się to robi przy równoległym łączeniu tranzystorów mocy. Wartość rezystorów wyrównawczych powinna być znacząco wyższa od wartości rezystancji wewnętrznej ogniw, nawet 10 razy. Dodatkową zaletą takiego rozwiązania będzie ograniczenie prądu ładowania, jeśli pomimo rezystorów wyrównawczych któreś ogniwo będzie miało niższe napięcie od pozostałych. Przyczyną zgonu pakietów z ogniwami o różnych rezystancjach wewnętrznych jest właśnie fakt, iż w chwili zaniku obciążenia, które je nierównomiernie rozładowało, do ogniwa o największym spadku napięcia popłynie prąd ograniczony tylko jego rezystancją wewnętrzną...

    Przykład: najlepsze ogniwo w pakiecie ma rezystancję wewnętrzną na poziomie 180mΩ, reszta ma, dajmy na to 240mΩ. Pod wpływem długotrwałego obciążenia różnica napięć między tym ogniwem, a pozostałymi wynosi 0,3V. W chwili ustania obciążenia do ogniwa popłynie prąd 1,6A, a na rezystancji wydzieli się 0,5W. 0,4V różnicy da 2,2A i 0,89W. 0,5V da 2,7A i 1,38W, 0,6V zaś 3,3A i 2W mocy. Ogniwo nie będzie w stanie wydajnie oddać takiej ilości ciepła, zwłaszcza otoczone "kolegami po fachu", więc jego temperatura po ustaniu obciążenia nie dość, że nie spadnie za szybko, to jeszcze wzrośnie. Ogniwo się przegrzeje, a jego żywotność spadnie...

    Aha, ogniwa "modelarskie" z powodu swojej konstrukcji lepiej znoszą duże prądy, bo mają sporo większą powierzchnię elektrod w porównaniu do ogniw smartfonów czy typu 18650. Dodatkowo łatwiej mogą oddać nadmiar ciepła, a i nikt nie zakłada dla nich tysiąca cykli ładowania...
  • #17
    acctr
    Level 18  
    Jak to bywa w terminologii technicznej, również tutaj słowa mają angielskojęzyczny rodowód.

    Cela wzięła się od słowa cell i jest tym samym co ogniwo z polskojęzycznym rodowodem, a oznacza elektrochemiczną jednostkę posiadającą odizolowane od siebie elektrody i elektrolit. Jak nietrudno się domyślić, ogniwo wzięło swoją nazwę od podobieństwa jednostki elektrochemicznej w połączeniu szeregowym do ogniwa łańcucha.

    Bateria pochodzi od słowa battery i oznacza zestaw ogniw wyposażony w obudowę, urządzenia kontrolujące i zabezpieczające oraz w wyprowadzone złącza. Bateria oznacza to samo co battery pack, czyli po polsku pakiet. Wraz z rozpowszechnieniem się wydajnych baterii litowych Li-Po/Li-Ion zaczęto stosować "algebrę akumulatorową", czyli zapis typu mSnP, gdzie m to liczba ogniw w szeregu (serial), n to liczba ogniw równoległych (parallel).

    Akumulator natomiast, od słowa accumulator, to szersze określenie na urządzenie magazynujące energię, nie tylko elektryczną.
    Na myśl przychodzi jeszcze kondensator - różni się od akumulatora tym, że przechowuje energię w postaci pola elektrycznego, akumulator w postaci energii chemicznej.

    Oprócz tego, w języku polskim, w terminologii fachowej jest mnóstwo nieścisłości, np. jest kondensator pary, ale też akumulator pary. I jakoś nikt nie robi z tego problemu, produkty się sprzedają a instalacje działają.
  • #18
    398216 Usunięty
    Level 43  
    acctr wrote:
    kondensator - różni się od akumulatora tym, że przechowuje energię w postaci pola elektrycznego,
    Z tym bym polemizował nieco. Jak niby można "zachować pole elektryczne"? Energię elektryczną jak najbardziej.
  • #19
    acctr
    Level 18  
    398216 Usunięty wrote:
    Z tym bym polemizował nieco. Jak niby można "zachować pole elektryczne"? Energię elektryczną jak najbardziej.

    Oho, zaczyna się :D
    Energia kondensatora wyraża się wzorem:
    $$E=\frac{1}{2}QU$$
    gdzie Q to ładunek elektryczny. A jak wiadomo, albo i nie, pole elektryczne wytwarzane jest przez ładunek.
    Skoro więc kondensator posiadający niezerowy ładunek posiada energię, to ładunek wytworzył pole.
    Tak więc obecność pola elektrycznego w kondensatorze świadczy o obecności zgromadzonej energii. Nieprawdaż?
  • #20
    stabilizator
    Editor
    radekone wrote:
    Czy można tę regułe o identyczności porzucić w przypadku autka na akumulator dla dziecka? Standardowo są tam dwa silniki 12V i aku 7Ah, ale prosty tuning to wpięcie równoległe baterii od Makity (18V), co oprócz pojemności zwiększa też napięcie (widziałem na zdjęciach odczyt z woltomierza). To chyba nie jest niebezpieczne i nic nie wybuchnie?


    @radekone Dwa silniki na 12V i kwasowy akumulator 7Ah 12V?

    Równoległe połączenie z nim akumulatora od Makity 18V to słaby pomysł, łączymy równolegle akumulatory o całkowicie różnych parametrach.

    Aby zwiększyć zasięg można pomyśleć o dołączeniu kolejnego akumulatora 7Ah równolegle do istniejącego.
    Pytanie tylko jak sobie poradzi ładowarka... ładowanie do pełna będzie trwało dłużej.